1 ELEKTRONIKA Z ELEMENTAMI TECHNIKI POMIAROWEJ

2 PROF. JAN ZAKRZEWSKI Katedra Metrologii, Elektroniki i AutomatykiAKADEMICKA 10 –STARY ELEKTRYCZNY Pok.23, tel terminy zajęć 27.02, 13.03, 27.03, 24.04, 8.05, 22.05, 5.06

3 ELEKTRONIKA bez wielkich problemówLITERATURA Otto Liman, Horst Pelka ELEKTRONIKA bez wielkich problemów WZMACNIACZE OPERACYJNE TECHNIKA CYFROWA AUTOMATYKA Zakrzewski J.: Podstawy Miernictwa dla Kierunku Mechanicznego. Wyd. Pol. Śląskiej, Gliwice, 2004 Kaźmiekowski M., Wójciak A.: UKŁADY STEROWANIA I POMIARÓW W ELEKTRONICE PRZEMYSŁOWEJ Horowitz P. ,Hill W. : Sztuka elektroniki. T. 1 i 2

4 ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKACJA ELEKTRONIKA PRZEMYSŁOWA ENERGOELEKTRONIKAPOMIARY, AUTOMATYKA, ROBOTYKA

5 TRANZYSTOR p-n-p IC 10mA IB =20 µA BAZA KOLEKTOR EMITER + IB =15 µA 5mA - IB =10 µA IB =5 µA UCE

6 Przetworniki analogowo-cyfroweUKŁADY CYFROWE UKŁADY ANALGOWE Generatory Bramki logiczne Wzmacniacze Liczniki Filtry Procesory Przetworniki analogowo-cyfrowe Cyfrowe przetwarzanie informacji jest dogodniejsze, gdyż jest mniej podatne na zakłócenia, prostsze, tańsze i szybsze.

7 ANALOGOWE UKLADY ELEKTRONIKI POMIAROWEJ

8 ŹRÓDŁA I U E

9 PRĄDY ZMIENNE

10 PRĄDY PRZEMIENNE Im M ψ Re

11 ANALIZA OBWODÓW PRĄDU PRZEMIENNEGO

12 WZMACNIACZ OPERACYJNYU1 R1 I - + UWE A U2

13 - + A UWE U2 R2 U1 R1 I R3 R5 U3 U5

14 - + A U2 R2 U1 R1 I

15 - + A U2 U1 UWE Wtórnik Transformator impedancji

16 - + A UWE U2 R2 U1 R1 I

17 PARAMETRY WZMACNIACZY OPERACYJNYCHf k Wzmocnienie otwartej pętli A Częstotliwość graniczna Rezystancja wejściowa Rezystancja wyjściowa Napięcie wyjściowe (zasilania) CMRR- Common Mode Rejection Ratio (WTSW –Współczynnik tłumienia składowej wspólnej) Napięcie niezrównoważenia, prądy polaryzacji, napięcie dryfu termicznego i inne psuje

18 - + R2 Zasilanie napięciowe RM(1-δ) RM(1+δ) UM CMRR =100 dB UM = Uz δ

19 WZMACNIACZ CAŁKUJACY C - + U2 U1 R1 I II

20 ω φ ω CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWE 10 1 10000 0,01 100 1000 0,0010,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 φ ω 90°

21 WZMACNIACZ CAŁKUJACY ? - + U2 U1 R1 I II C R2

22 ω φ ω FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY 10 1 10000 0,01 100 1000 0,001 0,1 45°90° 45°

23 ω + - U1 U2 FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY 1-go rzędu 2-go rzędu 3-go rzędu 100,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 FILTR DOLNOPRZEPUSTOWY 3-go rzędu 2-go rzędu 1-go rzędu U2 U1 + -

24 ω + U1 - U2 FILTR GÓRNOPRZEPUSTOWY 1-go rzędu 2-go rzędu 3-go rzędu 100,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 FILTR GÓRNOPRZEPUSTOWY 3-go rzędu 2-go rzędu 1-go rzędu U2 U1 + -

25 ω + - U1 U2 FILTR ŚRODKOWOPRZEPUSTOWY 1-go rzędu 2-go rzędu 3-go rzędu0,1 ω 10 1 0,001 0,01 10000 1000 100 3-go rzędu 1-go rzędu 2-go rzędu U2 U1 + -

26 A C1 U2 U1 + - R1 R2 C2 Dolnoprzepustowy U2 U1 + - Górnoprzepustowy U2 U1 + - Środkowoprzepustowy

27 WŁASCIWOŚCI FILTRÓW DOLNOPRZEPUSTOWYCHFILTR BUTTERWORTHA – maksymalnie płaska charakterystyka modułu transmitancji częstotliwościowej, duża wrażliwość na zmiany wartości elementów filtru FILTR CZEBYSZEWA –charakterystyka modułu transmitancji częstotliwościowej wykazuje zafalowania, ale powyżej częstotliwości załamania jest bardzo stroma FILTR BESSELA (THOMSONA) – maksymalnie liniowa charakterystyka fazy transmitancji częstotliwościowej co powoduje niezniekształcanie przebiegu i poprawną odpowiedź na sygnał skokowy

28 GENERACJA NAPIĘĆ PRZEMIENNYCHGenerator z mostkiem Wiena U2 + - Dodatnie sprzężenie zwrotne L C U2

29 PARAMETRY GENERATORÓWKształt przebiegu (sinusoidalny -LC, prostokątny –generator relaksacyjny - RC) Częstotliwość (akustyczne, radiowe, w.cz.) Przestrajanie częstotliwości (VCO) Poziom zniekształceń ( w % zaw.harmonicznych) Moc wyjściowa Napięcie wyjściowe

30 PRZETWARZANIE ANALOGOWO-CYFROWEWARTOŚĆ SYGNAŁU LICZBA Kondycjonowanie sygnału Próbkowanie Kwantowanie Kodowanie Wzmacnianie Filtracja S&H Tw. Shannona Przetworniki Szybkość działania Rozdzielczość Liczniki k 1325 k+1 1320 k+2 1334 k+3 1353 k+4 1374 k+5 1361 I I I II I k k+1 Δt

31 Przetwarzanie A/C i C/APróbkowanie Kwantowanie (rozdzielczość) Kodowanie Przesył, przetwarzanie Dekodowanie (odstęp próbkowania)

32

33 PRZETWARZANIE ANALOGOWO-CYFROWE k k+1 Δt t f gw fgr

34 TWIERDZENIE SHANNONA gw f Δt małe = gęste próbkowanie 2/Δt 1/Δt gw f 3/Δt 2/Δt 1/Δt Δt duże = rzadkie próbkowanie

35 Przetwornik z podwójnym całkowaniem- + U2 U0 R II C UM UM >UM U2 tC1 = const t U2

36 tC1 = const = 20ms UM >UM U2 t Przetwornik z podwójnym całkowaniem - + U0 R II C UM tC2 > tC2 tC2 tC2 N N N > N

37 Przetwornik kompensacyjnyUK Układ sterowania stykami UM + - L H UMAX

38 UM Przetwornik kompensacyjny – zasada pracy UM ± q q = U0

39 Układ próbkująco - pamiętającyS&H Przetworniki S&H Przetworniki całkujące (uśredniające)

40 Przetwornik typu FLASH Bardzo szybki, do 1500 MS/s (milionów próbek na sek.) MAX 108

41 Przetwornik sigma – deltazegar GIW C fCLK TWZ licznik R1 B B Q D UM R2 Ti – b. krótki impuls rozładowujący UK AD7710

42 Parametry przetworników a/cZakres przetwarzanych napięć – zwykle 0-10V lub 0- 5V lub –5V do +5V Rozdzielczość – wyrażana w bitach lub w wartościach LSB Szybkość działania – wyrażana w cyklach na sekundę Nieliniowość całkowa i różniczkowa

43

44